KR20120068687A - Head-up display device for projecting image on screen - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A head up display device for projecting an image on a screen is provided to reduce the brightness difference between the center and peripheral portions of a projected image. CONSTITUTION: A head up display device projects an image on a display screen(90). A liquid crystal display device creates an original image. A light source(20) emits light to the liquid crystal display device from the backside. A reflective mirror(40) reflects the optical image of the original image passing through the liquid crystal display device and projects the optical image as a projected image on the display screen. A cylindrical concave lens(50) has a concave surface(51) and is arranged between the liquid crystal display device and the reflective mirror.

Description

화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치 {HEAD-UP DISPLAY DEVICE FOR PROJECTING IMAGE ON SCREEN}Head-up display device for projecting images onto the screen {HEAD-UP DISPLAY DEVICE FOR PROJECTING IMAGE ON SCREEN}

본 발명은 표시 화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a head-up display device for projecting an image on a display screen.

종래, 헤드업 디스플레이 장치에서는, 윈도우 쉴드와 같은 표시 화면에 투영되는 화상의 불균일한 광휘를 감소시키기 위한 기술이 주지되어 있다. 예를 들어, 일본특허 제4437675호(JP-B2-4437675) 공보에 기재된 조명 장치는 투영 화상의 원화상(original image)을 생성하기 위한 액정 표시 소자, 상기 액정 표시 소자를 향해 광을 방사하기 위한 발광 다이오드, 및 원화상을 표시 화면에 투영하기 위한 오목 거울을 포함한다. 오목 거울과 액정 표시 소자 사이에는 오목 렌즈가 배열되어, 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소되고, 또한, 투영 화상과 원화상 사이의 배율이 증가한다. Background Art Conventionally, in a head-up display apparatus, a technique for reducing uneven brightness of an image projected on a display screen such as a window shield is well known. For example, the illumination device described in Japanese Patent No. 4437675 (JP-B2-4437675) is a liquid crystal display element for generating an original image of a projection image, and for radiating light toward the liquid crystal display element. And a concave mirror for projecting the original image onto the display screen. A concave lens is arranged between the concave mirror and the liquid crystal display element, so that uneven brightness of the projected image is reduced, and the magnification between the projected image and the original image is increased.

오목 거울과 액정 표시 소자 사이에 배열되는 오목 렌즈의 기능에 대해서는 이하에서 설명한다. 액정 표시 소자로부터 방사되는 광의 강도는, 발광 다이오드로부터 오목 거울을 향한 광축에 대한 광의 각도가 커질 때 감소된다. 따라서, 광축을 따라서 액정 표시 소자를 통과한 광이 오목 렌즈의 작용에 의해 확산될 때, 표시 화면 상의 투영 화상의 중심에서의 광의 광휘가 억제된다. 한편, 투영 화상의 주변에서의 광의 광휘는 증가된다. 따라서, 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소된다. The function of the concave lens arranged between the concave mirror and the liquid crystal display element will be described below. The intensity of light emitted from the liquid crystal display element is reduced when the angle of light with respect to the optical axis from the light emitting diode toward the concave mirror is increased. Therefore, when light passing through the liquid crystal display element along the optical axis is diffused by the action of the concave lens, the brightness of the light at the center of the projected image on the display screen is suppressed. On the other hand, the brightness of the light around the projection image is increased. Thus, uneven brightness of the projected image is reduced.

오목 렌즈의 오목면이 오목 거울과 대면하도록 오목 렌즈가 오목 거울과 액정 표시 소자 사이에 배치될 때, 이하의 문제가 생길 수 있다. 이 문제는 투영 화상에서 반사되는 주변 광에 관한 것이다. 구체적으로, 주변 광은 특정 방향으로 입사되고, 오목 거울에 의해 반사된다. 이후, 반사된 주변 광은 오목 거울과 대면하는 오목 렌즈의 오목면에 도달한다. 주변 광은 오목 거울에 진입하며, 이후 발광 다이오드로부터 오목 거울을 향하는 광축에 수직하게 배치되는 오목면의 일부에 의해 오목 거울을 향해서 반사된다. 반사된 주변 광은 액정 표시 소자를 통과한 원화상의 광 화상과 함께 표시 화면에 투영된다. 따라서, 주변 광은 표시 화면 상의 투영 화상에서 반사된다. When the concave lens is disposed between the concave mirror and the liquid crystal display element such that the concave surface of the concave lens faces the concave mirror, the following problem may occur. This problem relates to the ambient light reflected from the projected image. Specifically, the ambient light is incident in a specific direction and reflected by the concave mirror. The reflected ambient light then reaches the concave surface of the concave lens facing the concave mirror. Ambient light enters the concave mirror and is then reflected towards the concave mirror by a portion of the concave surface disposed perpendicular to the optical axis towards the concave mirror from the light emitting diode. The reflected ambient light is projected onto the display screen together with the light image of the original image passing through the liquid crystal display element. Thus, the ambient light is reflected in the projected image on the display screen.

상기 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 투영 화상의 불균일한 광휘가 감소되며, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다. In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a head-up display device for projecting an image. Non-uniform brightness of the projected image is reduced, and ambient light reflected from the projected image is suppressed.

본 발명의 일 태양에 따르면, 표시 화면에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이는, 원화상을 생성하기 위한 액정 표시 소자와, 상기 액정 표시 소자의 후방으로부터 액정 표시 소자를 향해 광을 방사하기 위한 광원과, 상기 액정 표시 소자를 통과하는 원화상의 광 화상을 반사하고 상기 광 화상을 표시 화면에 투영 화상으로서 투영하기 위한 반사 거울과, 오목면을 갖고 액정 표시 소자와 반사 거울 사이에 배치되는 원통형 오목 렌즈를 구비한다. 상기 오목면은 반사 거울과 대면한다. 상기 원통형 오목 렌즈에는 3차원 좌표가 형성된다. 상기 오목면은 3차원 좌표의 x축을 따르는 곡선 형상을 갖는다. 상기 오목면은 3차원 좌표의 y축을 따라서 연장된다. 상기 오목면은 오목면의 z축이 광축으로부터 경사지도록 x축 주위로 회전되게 구성된다. 상기 광축은 광원으로부터 반사 거울로 향하도록 규정된다. According to one aspect of the present invention, a head-up display for projecting an image on a display screen includes a liquid crystal display element for generating an original image, and a light source for emitting light toward the liquid crystal display element from the rear of the liquid crystal display element. And a reflective mirror for reflecting the optical image of the original image passing through the liquid crystal display element and projecting the optical image as a projection image on a display screen, and a cylindrical concave having a concave surface disposed between the liquid crystal display element and the reflective mirror. It has a lens. The concave surface faces the reflecting mirror. Three-dimensional coordinates are formed in the cylindrical concave lens. The concave surface has a curved shape along the x axis of three-dimensional coordinates. The concave surface extends along the y axis of three-dimensional coordinates. The concave surface is configured to rotate around the x axis such that the z axis of the concave surface is inclined from the optical axis. The optical axis is defined to point from the light source to the reflecting mirror.

상기 장치에서는, 오목면의 z축이 광축으로부터 경사지므로, 오목면의 어떤 부분도 광축에 수직하지 않다. 따라서, 반사 거울에서 반사된 주변 광이 원통형 오목 렌즈의 오목면에 도달하더라도, 주변 광은 반사 거울로의 방향과 다른 방향으로 반사된다. 따라서, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다. 또한, 원통형 오목 렌즈는 액정 표시 소자를 통과한 광을 굴절시켜 굴절된 광이 확산된다. 따라서, 투영 화상의 중심부와 주변부 사이에서의 불균일한 광휘 차이가 감소된다. In the apparatus, since the z axis of the concave surface is inclined from the optical axis, no part of the concave surface is perpendicular to the optical axis. Thus, even if the ambient light reflected by the reflecting mirror reaches the concave surface of the cylindrical concave lens, the ambient light is reflected in a direction different from the direction to the reflecting mirror. Thus, the ambient light reflected from the projected image is suppressed. In addition, the cylindrical concave lens refracts the light passing through the liquid crystal display element, and the refracted light is diffused. Thus, uneven brightness difference between the central portion and the peripheral portion of the projected image is reduced.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 보다 자명해질 수 있다.
도 1은 차량의 구획에서의 헤드업 디스플레이 장치의 배열을 도시한 도면.
도 2는 헤드업 디스플레이 장치에 의해 투영되는 투영 화상을 도시한 도면.
도 3은 헤드업 디스플레이 장치에 의해 원화상을 투영하는 메커니즘을 도시한 도면.
도 4는 헤드업 디스플레이 장치의 원통형 오목 렌즈의 굴절 기능을 도시한 도면.
도 5a는 광축에 대한 액정 표시 소자로부터 방사된 광의 각도를 도시한 도면이며, 도 5b는 광의 각도와 투과율 사이의 관계를 도시한 그래프.
도 6a는 원통형 오목 렌즈의 사시도이고, 도 6b는 원통형 오목 렌즈의 측면도이며, 도 6c는 원통형 오목 렌즈의 평면도.
도 7은 반사면에 입사되는 주변 광이 반사면에서 반사되고 이후 오목면에 도달하는 경우를 도시하는 도면.
도 8은 배율이 여덟 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면.
도 9는 배율이 여섯 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면.
도 10은 배율이 네 배로 설정될 때 원통형 오목 렌즈와 오목 거울의 배열을 도시한 도면. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
1 shows an arrangement of a head-up display device in a compartment of a vehicle.
2 shows a projection image projected by a head-up display device.
3 illustrates a mechanism for projecting an original image by a head-up display device.
4 illustrates the refractive function of the cylindrical concave lens of the head-up display device.
FIG. 5A is a diagram showing the angle of light emitted from the liquid crystal display element with respect to the optical axis, and FIG. 5B is a graph showing the relationship between the angle of light and the transmittance.
6A is a perspective view of the cylindrical concave lens, FIG. 6B is a side view of the cylindrical concave lens, and FIG. 6C is a plan view of the cylindrical concave lens.
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where ambient light incident on the reflective surface is reflected at the reflective surface and then reaches the concave surface. FIG.
8 shows the arrangement of a cylindrical concave lens and a concave mirror when the magnification is set to eight times.
9 shows an arrangement of a cylindrical concave lens and a concave mirror when the magnification is set to six times.
Fig. 10 shows the arrangement of the cylindrical concave lens and the concave mirror when the magnification is set to four times.

도 1에 도시한 바와 같이, 예시적 실시예에 따른 헤드업 디스플레이 장치(100)는 차량의 구획의 계기판(91)에 수용된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)는 윈도우 쉴드(90) 등과 같은 표시 화면에 화상(10)을 투영한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 화상(10)은 차량의 수직 방향으로의 화상(10) 높이가 차량의 수평 방향으로의 화상 폭보다 짧도록 예를 들어 직사각형 형상을 갖는다. 투영 화상(10)은 예를 들어, 디스플레이 장치(100)가 장착되는 차량의 운전 속도, 내비게이션 시스템 사용에 의한 차량의 주행 방향의 표시, 깜빡이의 작동을 나타내는 인디케이터, 다중 경고등(도시되지 않음) 등을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 투영 화상(10)은 윈도우 쉴드(90)로부터 약간 전방 위치에 형성된다. 따라서, 투영 화상(10)은 허상을 제공하며 운전자와 같은 사용자는 이 허상을 인지한다. As shown in FIG. 1, the head-up display apparatus 100 according to an exemplary embodiment is accommodated in the instrument panel 91 of a compartment of a vehicle. The head-up display apparatus 100 projects the image 10 on a display screen such as a window shield 90 or the like. As shown in Fig. 2, the image 10 has, for example, a rectangular shape such that the height of the image 10 in the vertical direction of the vehicle is shorter than the image width in the horizontal direction of the vehicle. The projection image 10 includes, for example, a driving speed of a vehicle on which the display apparatus 100 is mounted, an indication of a driving direction of the vehicle by using a navigation system, an indicator indicating blinking operation, multiple warning lights (not shown), and the like. Indicates. As shown in FIG. 3, the projected image 10 is formed at a position slightly forward from the window shield 90. Thus, the projected image 10 provides a virtual image and a user such as a driver recognizes the virtual image.

헤드업 디스플레이 장치(100)의 구조를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 장치(100)는 액정 표시 소자(30), 표준 광원(20) 및 오목 거울(40)을 구비한다. The structure of the head-up display apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The device 100 includes a liquid crystal display element 30, a standard light source 20 and a concave mirror 40.

액정 표시 소자(30)는 도트 매트릭스형 액정 표시 패널을 구비한다. 액정 표시 소자(30)는 풀 칼라 표시를 수행하도록 액정 표시 패널 상에 배열되는 복수의 픽셀을 제어한다. 액정 표시 소자(30)는 액정 표시 패널을 사용하여 투영 화상(10)을 형성하기 위해 원화상(11)을 생성시킨다. 액정 표시 소자(30)는 오목 거울(40)과 대면하는 평탄 표시면(31)을 갖는다. 액정 표시 소자(30)는 그 후방으로부터 표준 광원(20)에 의해 조사된다. The liquid crystal display element 30 includes a dot matrix liquid crystal display panel. The liquid crystal display element 30 controls a plurality of pixels arranged on the liquid crystal display panel to perform full color display. The liquid crystal display element 30 generates the original image 11 to form the projection image 10 using the liquid crystal display panel. The liquid crystal display element 30 has a flat display surface 31 facing the concave mirror 40. The liquid crystal display element 30 is irradiated by the standard light source 20 from the rear thereof.

표준 광원(20)은 소자(30)의 후방에 배치된다. 표준 광원(20)은 소자(30)의 후방을 향해 광을 방사한다. 따라서, 표준 광원(20)은 원화상(11)의 광 형상(즉, 광 화상)이 오목 거울(40)에 전달되도록 액정 표시 소자(30)의 후방으로부터 액정 표시 소자(30)로 조사한다. 표준 광원(20)은 발광 다이오드(21), 내부 렌즈(23) 및 확산판(25)을 구비한다. 다이오드(21)는 여기될 때 백색광을 방사하기 위한 광원이다. 복수의 다이오드(21)가 미리 결정된 간격으로 회로판(22) 상에 배열된다. The standard light source 20 is arranged behind the element 30. The standard light source 20 emits light toward the rear of the device 30. Therefore, the standard light source 20 irradiates the liquid crystal display element 30 from the rear of the liquid crystal display element 30 so that the optical shape (that is, the optical image) of the original image 11 is transmitted to the concave mirror 40. The standard light source 20 includes a light emitting diode 21, an internal lens 23 and a diffuser plate 25. The diode 21 is a light source for emitting white light when excited. A plurality of diodes 21 are arranged on the circuit board 22 at predetermined intervals.

내부 렌즈(23)는 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 내부 렌즈(23)는 입사면(23a)과 출사면(23b)을 갖는다. 각각의 발광 다이오드(21)로부터 방사된 광은 입사면(23a)을 통해서 내부 렌즈(23)에 입사된다. 입사면(23a)은 회로판(22) 상의 발광 다이오드(21) 장착면을 따르는 평면이다. 출사면(23b)은 액정 표시 소자(30)를 향해서 볼록하게 돌출하는 볼록면이다. 내부 렌즈(23)는 출사면(23b)의 굴절작용에 따라 출사면(23b)으로부터 출사되는 광을 수렴시킨다. The inner lens 23 is made of translucent material such as acrylic resin and polycarbonate resin. The internal lens 23 has an entrance face 23a and an exit face 23b. Light emitted from each light emitting diode 21 is incident on the internal lens 23 through the incident surface 23a. The incident surface 23a is a plane along the mounting surface of the light emitting diode 21 on the circuit board 22. The emission surface 23b is a convex surface which protrudes convexly toward the liquid crystal display element 30. The inner lens 23 converges the light exiting from the exit surface 23b according to the refractive action of the exit surface 23b.

확산판(25)은 판 형상을 갖고, 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 확산판(25)의 각 표면은 미세한 요철을 갖는 텍스처로서 복수의 그레인을 갖는다. 확산판(25)은 내부 렌즈(23)로부터 출사된 광을 그레인의 확산 작용에 의해 확산시킨다. 따라서, 광의 불균일한 광휘는 확산판(25)의 기능에 의해 액정 표시 소자(30) 전체에 달한다. The diffusion plate 25 has a plate shape and is made of a translucent material such as an acrylic resin and a polycarbonate resin. Each surface of the diffusion plate 25 has a plurality of grains as a texture having fine unevenness. The diffusion plate 25 diffuses the light emitted from the internal lens 23 by the diffusion effect of grain. Therefore, the uneven brightness of light reaches the whole liquid crystal display element 30 by the function of the diffuser plate 25.

오목 거울(40)은 액정 표시 소자(30)로부터 윈도우 쉴드(90)를 향해 출사된 원화상(11)의 광 화상을 반사한다. 오목 거울(40)은 반투명 수지 또는 반투명 유리로 제조된 만곡판에 알루미늄과 같은 금속이 증착되도록 형성된다. 오목 거울(40)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 대면하는 반사면(41)을 갖는다. 반사면(41)은 액정 표시 소자(30)에 대해 오목하게 만곡된다. 반사면(41)의 형상은 윈도우 쉴드(90)의 곡면에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡을 교정하도록 결정된다. 또한, 반사면(41)이 곡면이기 때문에 원화상(11)으로부터 미리 결정된 배수 확대된 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. The concave mirror 40 reflects the optical image of the original image 11 emitted from the liquid crystal display element 30 toward the window shield 90. The concave mirror 40 is formed such that a metal such as aluminum is deposited on a curved plate made of translucent resin or translucent glass. The concave mirror 40 has a reflecting surface 41 that faces the display surface 31 of the liquid crystal display element 30. The reflecting surface 41 is concavely curved with respect to the liquid crystal display element 30. The shape of the reflective surface 41 is determined to correct distortion of the projected image 10 caused by the curved surface of the window shield 90. In addition, since the reflecting surface 41 is a curved surface, the predetermined projected enlarged projected image 10 from the original image 11 is projected onto the window shield 90.

헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 직사각형 형상을 갖는 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 사용자의 시점으로 추정되는 범위가 아이 박스(eye box)(16)로서 규정된다. 사용자가 아이 박스(16)를 통해서 투영 화상(10)을 볼 때, 투영 화상(10)의 허상은 사용자에 의해 정확히 인지된다. In the head-up display apparatus 100, the projection image 10 having a rectangular shape is projected onto the window shield 90. In the head-up display apparatus 100, the range estimated by the viewpoint of the user is defined as an eye box 16. As shown in FIG. When the user sees the projection image 10 through the eye box 16, the virtual image of the projection image 10 is correctly recognized by the user.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 차량의 폭 방향을 따르는 수평 방향이 투영 화상(10)의 종방향인 X축으로 규정된다. 차량이 평탄한 지면 상에 배치될 때 차량의 수직 방향이 Y축으로 규정된다. 광축(OA)을 따르는 차량 전후 방향이 Z축으로 규정된다. As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the horizontal direction along the width direction of the vehicle is defined as the X axis which is the longitudinal direction of the projection image 10. When the vehicle is placed on a flat ground, the vertical direction of the vehicle is defined by the Y axis. The vehicle front-rear direction along the optical axis OA is defined by the Z axis.

다음으로, 액정 표시 소자(30)의 시야각 특징을 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다. Next, the viewing angle characteristic of the liquid crystal display element 30 will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.

평탄 표시면(31)에 수직한 방향을 따라서 액정 표시 소자(30)에 입사되는 광은 액정 표시 소자(30)를 쉽게 투과한다. 평탄 표시면(31)에 수직한 방향으로부터 특정 각도(θ) 경사진 방향을 따라서 액정 표시 소자(30)에 입사되는 광은 액정 표시 소자(30)를 거의 투과하지 못한다. 따라서, 표준 광원(20)으로부터 방사되고 액정 표시 소자(30)로부터 출사되는 광의 강도는 광축(OA)에 대한 각도(θ)가 증가할수록 감소된다. 따라서, 광축(OA)에 대한 광의 각도(θ) 범위는, 이 범위 내의 광이 광축(OA)을 따라서 출사되는 광에 대해 미리 결정된의 강도비를 가질 때 시야각으로서 규정된다. 예를 들어, 광의 각도(θ)가 시야각 내에 있을 때, 광축(OA)을 따라서 출사되는 광에 대한 광의 강도비는 50퍼센트 내지 80퍼센트 이상이다. Light incident on the liquid crystal display element 30 along the direction perpendicular to the flat display surface 31 easily passes through the liquid crystal display element 30. Light incident on the liquid crystal display element 30 along a direction inclined at a specific angle θ from a direction perpendicular to the flat display surface 31 hardly passes through the liquid crystal display element 30. Therefore, the intensity of light emitted from the standard light source 20 and emitted from the liquid crystal display element 30 decreases as the angle θ with respect to the optical axis OA increases. Therefore, the angle θ range of the light with respect to the optical axis OA is defined as the viewing angle when the light within this range has a predetermined intensity ratio with respect to the light emitted along the optical axis OA. For example, when the angle θ of light is within the viewing angle, the intensity ratio of light to light emitted along the optical axis OA is from 50 percent to 80 percent or more.

헤드업 디스플레이 장치(100)에 배열되고 액정 표시 소자(30) 용으로 사용되는 원통형 오목 렌즈(50) 등을 도 3 내지 도 4 및 도 6 내지 도 10을 참조하여 설명한다. A cylindrical concave lens 50 or the like arranged in the head-up display apparatus 100 and used for the liquid crystal display element 30 will be described with reference to FIGS. 3 to 4 and 6 to 10.

원통형 오목 렌즈(50)는 아크릴 수지 및 폴리 카보네이트 수지와 같은 반투명 재료로 제조된다. 원통형 오목 렌즈(50)의 형상을 설명하기 위해, 3차원 좌표가 형성된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 헤드업 디스플레이 장치(100)가 차량에 배치될 때, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 상술한 X축을 따라서 규정된다. 원통형 오목 렌즈(50)가 x축 주위로 10도 내지 20도 회전하므로 원통형 오목 렌즈(50)의 z축이 광축(OA)에 대해 경사지도록 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)와 오목 거울(40) 사이에 배치된다. The cylindrical concave lens 50 is made of translucent material such as acrylic resin and polycarbonate resin. In order to explain the shape of the cylindrical concave lens 50, three-dimensional coordinates are formed. As shown in FIG. 7, when the head-up display apparatus 100 is disposed in a vehicle, the x-axis of the cylindrical concave lens 50 is defined along the above-described X-axis. Since the cylindrical concave lens 50 rotates about 10 to 20 degrees around the x-axis, the cylindrical concave lens 50 is in contact with the liquid crystal display element 30 so that the z-axis of the cylindrical concave lens 50 is inclined with respect to the optical axis OA. It is arranged between the concave mirrors 40.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 원통형 오목 렌즈(50)는 입사면(53)과 오목면(51)을 갖는다. 액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상(11)의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)에 진입한다. 입사면(53)은 x-y 평면에 평행한 평탄면이다. 입사면(53)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 접촉한다. 구체적으로, 입사면(53)은 표시면(31)에 접착된다. 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치는, 입사면(53)이 표시면(31)에 접착되는 조건 하에 입사면(53)을 x-y 평면을 따라서 변위시킴으로써 원화상(11)의 광 화상의 왜곡을 발생시키지 않도록 조절된다. As shown in FIGS. 4 to 6, the cylindrical concave lens 50 has an incident surface 53 and a concave surface 51. The optical image of the original image 11 which has passed through the liquid crystal display element 30 enters the cylindrical concave lens 50 via the incident surface 53. The incident surface 53 is a flat surface parallel to the x-y plane. The incident surface 53 is in contact with the display surface 31 of the liquid crystal display element 30. Specifically, the incident surface 53 is adhered to the display surface 31. The relative position of the cylindrical concave lens 50 with respect to the liquid crystal display element 30 is determined by displacing the incident surface 53 along the xy plane under the condition that the incident surface 53 is bonded to the display surface 31. 11) is adjusted so as not to cause distortion of the optical image.

오목면(51)은 z축 방향에서 입사면(53)과 대향한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 오목면(51)은 오목 거울(40)의 반사면(41)과 대면한다. 오목면(51)은 y축 방향을 따라서 x축 방향으로 오목하게 만곡되어 있다. 원통형 오목 렌즈(50)는 오목면(51)의 굴절작용에 따라 오목면(51)으로부터 출사된 광을 확산시킨다. The concave surface 51 opposes the incident surface 53 in the z-axis direction. As shown in FIG. 3, the concave surface 51 faces the reflecting surface 41 of the concave mirror 40. The concave surface 51 is curved concave in the x-axis direction along the y-axis direction. The cylindrical concave lens 50 diffuses the light emitted from the concave surface 51 in accordance with the refractive action of the concave surface 51.

도 3에 도시된 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은 오목면(51)의 형상에 기초하여 결정된다. 구체적으로, 원화상(11)의 광 화상은 오목면(51)에 의해 굴절된다. 따라서, 투영된 화상(10)은 오목면(51)의 굴절에 의해 초래되는 왜곡을 포함할 수 있다. 따라서, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은, 오목면(51)의 만곡에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡과 더불어 윈도우 쉴드(90)의 만곡에 의해 초래되는 투영 화상(10)의 왜곡을 교정하도록 결정된다. The shape of the reflective surface 41 of the concave mirror 40 shown in FIG. 3 is determined based on the shape of the concave surface 51. Specifically, the optical image of the original image 11 is refracted by the concave surface 51. Thus, the projected image 10 may include distortions caused by the refraction of the concave surface 51. Accordingly, the shape of the reflective surface 41 of the concave mirror 40 is a projection image caused by the curvature of the window shield 90 together with the distortion of the projected image 10 caused by the curvature of the concave surface 51. It is determined to correct the distortion of (10).

원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향으로 오목하게 만곡되어 있다. 그러나, y축 방향을 따르는 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 만곡되어 있지 않다. 따라서, 오목면(51)이 광축(OA)에 대해 z축 방향으로 경사져 있기 때문에, 오목면(51)의 어떤 부분도 표준 광원(20)으로부터 오목 거울(40)을 향하는 광축(OA)에 대해 수직하지 않다. 도 7은 윈도우 쉴드(90)를 통과하고 반사면(41)에 진입한 주변 광(AL)이 반사면(41)에서 반사되어 반사된 주변 광(AL)이 오목면(51)에 도달하는 경우를 도시한다. 주변 광(AL)은 광축(OA)에 수직한 부분을 갖지 않는 오목면(51)에서 반사되며, 따라서 반사된 주변 광(AL)은 오목 거울(40)과 다른 방향을 향해서 반사된다. The concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50 is curved concave in the x-axis direction of the cylindrical concave lens 50. However, the concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50 along the y-axis direction is not curved. Therefore, since the concave surface 51 is inclined in the z-axis direction with respect to the optical axis OA, any part of the concave surface 51 is with respect to the optical axis OA that faces the concave mirror 40 from the standard light source 20. Not vertical FIG. 7 illustrates that the ambient light AL passing through the window shield 90 and entering the reflection surface 41 is reflected by the reflection surface 41 and the reflected ambient light AL reaches the concave surface 51. Shows. The ambient light AL is reflected at the concave surface 51 which does not have a portion perpendicular to the optical axis OA, and thus the reflected ambient light AL is reflected toward a direction different from the concave mirror 40.

또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는, 투영 화상(10)과 원화상(11) 사이의 다양한 배율 중 하나가 선택된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서의 투영 화상(10)과 원화상(11) 사이의 다양한 배율은 네 배, 여섯 배, 여덟 배이다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에는, 두 개의 다른 원통형 오목 렌즈(50, 150)가 미리 준비된다. 각각의 원통형 오목 렌즈(50, 150)는, 대응 배율에 따라 결정되는 오목면의 곡률 반경을 갖는다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)에는, 세 개의 오목 거울(40, 140, 240)이 미리 준비된다. 도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 각각의 오목 거울(40, 140, 240)은 대응 배율에 따라 결정되는 반사면의 곡률 반경 및 치수를 갖는다. In the head-up display apparatus 100, one of various magnifications between the projection image 10 and the original image 11 is selected. Various magnifications between the projected image 10 and the original image 11 in the head-up display device 100 are four times, six times, eight times. In the head-up display apparatus 100, two different cylindrical concave lenses 50 and 150 are prepared in advance. Each cylindrical concave lens 50, 150 has a radius of curvature of the concave surface determined by the corresponding magnification. In the head-up display apparatus 100, three concave mirrors 40, 140, and 240 are prepared in advance. As shown in Figs. 8 to 10, each concave mirror 40, 140, 240 has a radius of curvature and dimensions of the reflecting surface determined according to the corresponding magnification.

도 8에 도시한 바와 같이, 여덟 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈(50)와 오목 거울(40)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 도 9에 도시한 바와 같이, 여섯 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈(150)와 오목 거울(140)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 네 배의 배율이 선택될 때는 원통형 오목 렌즈가 없는 오목 거울(240)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 세팅된다. 따라서, 이 경우에는, 헤드업 디스플레이 장치(100)에 원통형 오목 렌즈가 세팅되지 않는다. As shown in FIG. 8, when eight times the magnification is selected, the cylindrical concave lens 50 and the concave mirror 40 are set in the head-up display apparatus 100. As shown in FIG. 9, when six times the magnification is selected, the cylindrical concave lens 150 and the concave mirror 140 are set in the head-up display apparatus 100. As shown in FIG. 10, when four times the magnification is selected, a concave mirror 240 without a cylindrical concave lens is set in the head-up display apparatus 100. In this case, therefore, the cylindrical concave lens is not set in the head-up display apparatus 100.

도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 원화상(11)에 대한 투영 화상(10)의 배율이 커지면, 원통형 오목 렌즈(50, 150) 내의 오목면(51, 151)의 곡률 반경은 감소된다. 따라서, 오목면(51, 151)의 굴절작용이 강화되므로, 광이 오목면(51, 151)을 통과한 후의 시야각이 증가한다. 구체적으로, 여덟 배의 배율에 의해 결정되는 형상을 갖는 원통형 오목 렌즈(50)는 오목면(51)의 곡률 반경이 30mm이다. 여섯 배의 배율에 의해 결정되는 형상을 갖는 원통형 오목 렌즈(150)는 오목면(151)의 곡률 반경이 50mm이다. As shown in Figs. 8 to 10, when the magnification of the projection image 10 with respect to the original image 11 becomes large, the radius of curvature of the concave surfaces 51 and 151 in the cylindrical concave lenses 50 and 150 is reduced. . Therefore, since the refractive action of the concave surfaces 51 and 151 is enhanced, the viewing angle after the light passes through the concave surfaces 51 and 151 increases. Specifically, in the cylindrical concave lens 50 having the shape determined by the magnification of eight times, the radius of curvature of the concave surface 51 is 30 mm. In the cylindrical concave lens 150 having a shape determined by six times the magnification, the radius of curvature of the concave surface 151 is 50 mm.

동일한 표준 광원(20)과 동일한 액정 표시 소자(30)가 배율에 의존하지 않고 사용된다. 헤드업 디스플레이 장치(100)에서, 배율이 커지면 오목 거울(40, 140, 240)과 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30) 사이의 거리는 감소된다. 본 실시예에서, 배율이 여덟 배일 때, 오목 거울(40)에 도달하는 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향에서의 시야각은 각각 45도 및 12도일 것이 요구된다. 배율이 여섯 배일 때, 오목 거울(140)에 도달하는 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향에서의 시야각은 각각 35도 및 11도일 것이 요구된다. 배율이 네 배일 때, x축 방향 및 y축 방향으로 오목 거울(240)에 도달하는 광 화상의 시야각은 각각 20도 및 10도일 것이 요구된다. The same standard light source 20 and the same liquid crystal display element 30 are used without depending on the magnification. In the head-up display apparatus 100, as the magnification increases, the distance between the concave mirrors 40, 140, and 240 and the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is reduced. In this embodiment, when the magnification is eight times, the viewing angles in the x-axis direction and the y-axis direction of the optical image reaching the concave mirror 40 are required to be 45 degrees and 12 degrees, respectively. When the magnification is six times, the viewing angles in the x-axis direction and the y-axis direction of the optical image reaching the concave mirror 140 are required to be 35 degrees and 11 degrees, respectively. When the magnification is four times, the viewing angles of the optical image reaching the concave mirror 240 in the x-axis direction and the y-axis direction are required to be 20 degrees and 10 degrees, respectively.

본 실시예에서, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 x축 방향 시야각은 다양한 배율 중 최소 배율이 설정되는 경우에 요구되는 시야각과 같도록 결정된다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 y축 방향 시야각은 다양한 배율 중 최대 배율이 설정되는 경우에 요구되는 시야각과 같도록 결정된다. 따라서, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 광 화상의 x축 방향 및 y축 방향 시야각은 각각 20도와 12도이다. In this embodiment, the viewing angle in the x-axis direction of the optical image in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is determined to be equal to the viewing angle required when the minimum magnification among the various magnifications is set. The y-axis viewing angle of the optical image in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is determined to be equal to the viewing angle required when the maximum magnification among various magnifications is set. Therefore, the x-axis direction and y-axis direction viewing angles of the optical image in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 are 20 degrees and 12 degrees, respectively.

따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 여덟 배, 즉 최대 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 x축 방향 시야각은, 최대 배율이 최소 배율의 네 배로 설정되는 경우에 해당하는, 20도가 되도록 설정된다. 여덟 배의 배율에 해당하는 형상의 오목면(51)을 갖는 원통형 오목 렌즈(50)는 광을 x축 방향으로 확산하도록 굴절시킴으로써 시야각을 45도까지 증가시킨다. 따라서, 광 화상이 원통형 오목 렌즈(50)를 통과한 후의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 여덟 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 45도일 것을 충족한다. Therefore, the case where the magnification of the head-up display apparatus 100 is set to eight times, that is, the maximum magnification will be described. As shown in FIG. 8, the viewing angle in the x-axis direction in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is set to be 20 degrees corresponding to the case where the maximum magnification is set to four times the minimum magnification. The cylindrical concave lens 50 having the concave surface 51 having a shape corresponding to eight times the magnification increases the viewing angle to 45 degrees by refracting the light to diffuse in the x-axis direction. Therefore, the viewing angle in the x-axis direction after the optical image passes through the cylindrical concave lens 50 satisfies that it is 45 degrees required when the magnification is set to be eight times.

표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향에서의 시야각은, 배율이 여덟 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 12도이도록 설정된다. 따라서, 원통형 오목 렌즈(50)가 광을 y축 방향으로 확산시키지 않아도, Y축 방향으로 요구되는 12도의 시야각이 보장된다. The viewing angle in the y-axis direction in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is set to be 12 degrees required when the magnification is set to be eight times. Thus, even if the cylindrical concave lens 50 does not diffuse light in the y-axis direction, the viewing angle of 12 degrees required in the Y-axis direction is ensured.

다음으로, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 여섯 배, 즉 다양한 배율 중 중간 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 여섯 배의 배율에 해당하는 형상의 오목면(151)을 갖는 원통형 오목 렌즈(150)는 광을 x축 방향으로 확산하도록 굴절시킴으로써 시야각을 35도까지 증가시킨다. 따라서, 광 화상이 원통형 오목 렌즈(150)를 통과한 후의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 여섯 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 35도일 것을 충족한다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향에서의 시야각은 12도이도록 설정된다. 따라서, 원통형 오목 렌즈(150)가 광을 y축 방향으로 확산시키지 않아도, y축 방향에서 요구되는 11도의 시야각이 보장된다. Next, a case in which the magnification of the head-up display apparatus 100 is set to six times, that is, an intermediate magnification among various magnifications will be described. As shown in FIG. 9, the cylindrical concave lens 150 having the concave surface 151 having a shape corresponding to six times the magnification increases the viewing angle to 35 degrees by refracting the light to diffuse in the x-axis direction. Therefore, the viewing angle in the x-axis direction after the optical image passes through the cylindrical concave lens 150 satisfies that it is required to be 35 degrees when the magnification is set to be six times. The viewing angle in the y-axis direction in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is set to be 12 degrees. Thus, even if the cylindrical concave lens 150 does not diffuse light in the y-axis direction, the viewing angle of 11 degrees required in the y-axis direction is ensured.

다음으로, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배, 즉 다양한 배율 중 최소 배율로 설정되는 경우를 설명한다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 x축 방향에서의 시야각은, 배율이 네 배이도록 설정되는 경우에 요구되는 20도이도록 설정된다. 따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 원통형 오목 렌즈의 확산 작용 없이도, x축 방향 시야각이 보장된다. 표준 광원(20) 또는 액정 표시 소자(30)에서의 y축 방향 시야각은 12도이도록 설정된다. 따라서, y축 방향으로 요구되는 10도의 시야각이 보장된다. Next, a case in which the magnification of the head-up display apparatus 100 is set to four times, that is, the minimum magnification among various magnifications will be described. The viewing angle in the x-axis direction in the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is set to be 20 degrees required when the magnification is set to be four times. Thus, as shown in Fig. 10, the x-axis viewing angle is ensured without the diffusion action of the cylindrical concave lens. The y-axis viewing angle at the standard light source 20 or the liquid crystal display element 30 is set to be 12 degrees. Thus, a viewing angle of 10 degrees required in the y-axis direction is guaranteed.

본 실시예에서, 원화상(11)의 광 화상과 함께 오목면(51)에서 반사되는 주변 광(AL)은 오목면(51)의 형상 및 원통형 오목 렌즈(50)의 배열을 사용함으로써, 윈도우 쉴드(90)에 투영되는 것이 억제된다. 또한, 윈도우 쉴드(90)에 투영되는 투영 화상(10)의 중심부와 주변부에서의 광휘 차이는, 굴절율에 따라 광을 확산시키는 오목면(51)의 효과에 의해 감소된다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 광휘 불균일이 낮은 화상을 투영하여, 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제된다. In the present embodiment, the ambient light AL reflected from the concave surface 51 together with the optical image of the original image 11 uses the shape of the concave surface 51 and the arrangement of the cylindrical concave lens 50 to form a window. Projection on the shield 90 is suppressed. In addition, the brightness difference in the center part and the periphery part of the projected image 10 projected on the window shield 90 is reduced by the effect of the concave surface 51 which diffuses light according to refractive index. Therefore, the head-up display apparatus 100 projects an image having low brightness unevenness, and the ambient light reflected from the projected image is suppressed.

또한, 본 실시예에서, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 형상은 윈도우 쉴드(90)의 곡률에 기인하는 왜곡뿐 아니라 오목면(51)의 곡률에 기인하는 왜곡을 교정하도록 결정된다. 따라서, 투영 화상(10)의 왜곡은 헤드업 디스플레이 장치(100)의 구조를 복잡하게 하지 않으면서 교정된다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 왜곡 없이 윈도우 쉴드(90)에 투영하고, 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 감소되며, 투영 화상에서 반사되는 주변 광은 억제된다. Further, in the present embodiment, the shape of the reflective surface 41 of the concave mirror 40 is determined to correct not only the distortion due to the curvature of the window shield 90 but also the distortion due to the curvature of the concave surface 51. . Therefore, the distortion of the projection image 10 is corrected without complicating the structure of the head-up display apparatus 100. Therefore, the head-up display apparatus 100 projects the projected image 10 onto the window shield 90 without distortion, the uneven brightness of the projected image 10 is reduced, and the ambient light reflected from the projected image is suppressed. .

본 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향은 투영 화상(10)의 종방향인 X축 방향을 향하며, 따라서 원통형 오목 렌즈(50)를 통과한 원화상(11)의 광 화상은 투영 화상(10)의 종방향으로 확산하도록 굴절된다. 따라서, 투영 화상(10)의 종방향인 X축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 감소된다. 투영 화상(10)은 X축 방향의 길이가 Y축 방향의 높이보다 크다. 투영 화상(10)은 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 따라서, X축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘가 현저할 수 있다. 따라서, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치(100)에서는 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향을 X축 방향으로 향하게 하는 것이 바람직하다. In this embodiment, the x-axis direction of the cylindrical concave lens 50 is directed in the X-axis direction, which is the longitudinal direction of the projection image 10, so that the optical image of the original image 11 passing through the cylindrical concave lens 50 is It is refracted to diffuse in the longitudinal direction of the projected image 10. Thus, uneven brightness of the projected image 10 in the X-axis direction that is the longitudinal direction of the projected image 10 is reduced. The projection image 10 has a length in the X-axis direction greater than a height in the Y-axis direction. The projected image 10 is projected onto the window shield 90. Therefore, the nonuniform brightness of the projection image 10 in the X-axis direction may be remarkable. Therefore, in the head-up display device 100 for projecting the long projection image 10 in the horizontal direction, it is preferable to orient the x-axis direction of the cylindrical concave lens 50 in the X-axis direction.

또한, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)이 투영되고 배율이 클 때에도, y축 방향 시야각은 x축 방향 시야각보다 작을 수 있다. 따라서, x축 방향 시야각에 비해 y축 방향 시야각을 보장하는 것이 용이하다. 따라서, 광을 주로 x축 방향으로 확산시키기 위한 원통형 오목 렌즈(50, 150)가 사용될 때에도, Y축 방향으로의 투영 화상(10)의 불균일한 광휘는 거의 발생되지 않는다. Also, even when the projection image 10 that is long in the horizontal direction is projected and the magnification is large, the y-axis viewing angle may be smaller than the x-axis viewing angle. Therefore, it is easy to ensure the y-axis viewing angle compared to the x-axis viewing angle. Therefore, even when the cylindrical concave lenses 50 and 150 for mainly spreading the light in the x-axis direction are used, uneven brightness of the projection image 10 in the Y-axis direction is hardly generated.

또한, 본 실시예에서, 표준 광원(20)과 액정 표시 소자(30)가 공동으로 준비될 때에도, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 광휘 불균일이 낮은 화상을 각각의 배율로 투영한다. 따라서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 불균일한 광휘가 감소되고 투영 화상에서 반사되는 주변 광이 억제되도록 낮은 비용으로 제조된다. In addition, in the present embodiment, even when the standard light source 20 and the liquid crystal display element 30 are jointly prepared, the head-up display apparatus 100 projects an image having a low brightness unevenness at each magnification. Thus, the head-up display apparatus 100 is manufactured at low cost so that uneven brightness is reduced and ambient light reflected from the projected image is suppressed.

또한, 본 실시예에서는, x-y 평면을 따라서 평탄한 입사면(53)이 액정 표시 소자(30)의 평탄 표시면(31)과 접촉하기 때문에, x축 및 y축 주위로의 원통형 오목 렌즈(50)의 회전이 억제된다. 액정 표시 소자(30)에 대한 x-y 평면에서의 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치가 조절된다. 따라서, 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 위치 설정 정확도가 높다. 액정 표시 소자(30)에 대한 원통형 오목 렌즈(50)의 상대 위치의 변위에 기인하는 투영 화상(10)의 불균일한 광휘 및 투영 화상(10)의 왜곡이 감소된다. In addition, in this embodiment, since the incident surface 53 which is flat along the xy plane is in contact with the flat display surface 31 of the liquid crystal display element 30, the cylindrical concave lens 50 around the x-axis and the y-axis. Rotation is suppressed. The relative position of the cylindrical concave lens 50 in the x-y plane with respect to the liquid crystal display element 30 is adjusted. Therefore, the positioning accuracy of the cylindrical concave lens 50 with respect to the liquid crystal display element 30 is high. The nonuniform brightness of the projection image 10 and the distortion of the projection image 10 due to the displacement of the relative position of the cylindrical concave lens 50 with respect to the liquid crystal display element 30 are reduced.

본 실시예에서, 표준 광원(20)은 광원에 대응하고, 오목 거울(40)은 반사 거울에 대응하며, 윈도우 쉴드(90)는 투영 부재에 대응한다. In this embodiment, the standard light source 20 corresponds to the light source, the concave mirror 40 corresponds to the reflecting mirror, and the window shield 90 corresponds to the projection member.

(다른 실시예)(Another embodiment)

상기 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 입사면(53)은 원통형 오목 렌즈(50)의 위치가 조절되도록 x-y 평면을 따라 평탄하다. 이와 달리, 표시면(31)과 대면하는 입사면(53)은, 원통형 오목 렌즈(50)가 만곡면 상에서 광을 확산시키는 한, 표시면(31)에 대해 오목하게 만곡될 수도 있다. 이와 달리, 입사면(53)은 표시면(31)에 대해 볼록하게 만곡될 수도 있다. 이와 달리, 원통형 오목 렌즈(50)의 입사면(53)은 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)으로부터 이격된 위치에서 헤드업 디스플레이 장치(100)의 본체에 부착될 수도 있다. In this embodiment, the incident surface 53 of the cylindrical concave lens 50 is flat along the x-y plane so that the position of the cylindrical concave lens 50 is adjusted. Alternatively, the incident surface 53 facing the display surface 31 may be curved concave with respect to the display surface 31 as long as the cylindrical concave lens 50 diffuses light on the curved surface. Alternatively, the incident surface 53 may be convexly curved with respect to the display surface 31. Alternatively, the incident surface 53 of the cylindrical concave lens 50 may be attached to the main body of the head-up display apparatus 100 at a position spaced apart from the display surface 31 of the liquid crystal display device 30.

상기 실시예에서, 오목 거울(40, 140, 240)의 각각은 반사 거울에 대응한다. 이와 달리, 반사 거울은 복수의 오목 거울과 복수의 렌즈의 조합으로 준비될 수도 있다. 이와 달리, 반사 거울은 평탄한 반사면을 갖는 반사 거울을 구비할 수도 있다. In this embodiment, each of the concave mirrors 40, 140, 240 corresponds to a reflecting mirror. Alternatively, the reflective mirror may be prepared by a combination of a plurality of concave mirrors and a plurality of lenses. Alternatively, the reflecting mirror may be provided with a reflecting mirror having a flat reflecting surface.

본 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배일 때, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 원통형 오목 렌즈를 갖지 않는다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는, 표준 광원(20)과 오목 거울(40) 사이의 거리가 상기 실시예보다 짧고 큰 시야각이 요구되는 경우 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배일 때에도 원통형 오목 렌즈(50)를 구비할 수 있다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 네 배, 여섯 배, 여덟 배와 다를 수 있다. 예를 들어, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 배율이 열 배일 수 있다. 또한, 헤드업 디스플레이 장치(100)의 각 배율에 요구되는 시야각이 상기 실시예와 다를 수 있다. 예를 들어, 각각의 배율에 요구되는 시야각은 광원과 반사 거울 사이의 거리 등에 따라 달라질 수 있다. In the present embodiment, when the magnification of the head-up display apparatus 100 is four times, the head-up display apparatus 100 does not have a cylindrical concave lens. In contrast, the head-up display apparatus 100 has four times the magnification of the head-up display apparatus 100 when the distance between the standard light source 20 and the concave mirror 40 is shorter than that of the above embodiment and a larger viewing angle is required. Even when the cylindrical concave lens 50 may be provided. In addition, the magnification of the head-up display apparatus 100 may be different from four times, six times, and eight times. For example, the magnification of the head-up display apparatus 100 may be ten times. In addition, the viewing angle required for each magnification of the head-up display apparatus 100 may be different from the above embodiment. For example, the viewing angle required for each magnification may vary depending on the distance between the light source and the reflecting mirror and the like.

상기 실시예에서는, 배율이 변경될 때에도, 액정 표시 소자(30)와 표준 광원(20)이 헤드업 디스플레이 장치(100)에 공동으로 사용된다. 이와 달리, 최적의 시야각을 제공하기 위한 액정 표시 소자(30) 및 표준 광원(20)이 각각의 배율에서 준비될 수 있다. In the above embodiment, even when the magnification is changed, the liquid crystal display element 30 and the standard light source 20 are jointly used in the head-up display apparatus 100. Alternatively, the liquid crystal display element 30 and the standard light source 20 may be prepared at each magnification to provide an optimal viewing angle.

상기 실시예에서, 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 y축 방향을 따라서 y축 방향으로 무한 곡률 반경을 갖는다. 이와 달리, 원통형 오목 렌즈(50)가 10도 내지 20도 경사질 때 오목면(51)이 광축(OA)에 수직한 영역을 갖지 않는 한, 오목면(51)은 y축 방향으로 약간 만곡된 오목면일 수도 있다. In this embodiment, the concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50 has an infinite radius of curvature in the y-axis direction along the y-axis direction. Alternatively, the concave surface 51 is slightly curved in the y-axis direction unless the concave surface 51 has an area perpendicular to the optical axis OA when the cylindrical concave lens 50 is inclined 10 to 20 degrees. It may be a concave surface.

상기 실시예에서는, 수평방향으로 긴 투영 화상(10)이 윈도우 쉴드(90)에 투영된다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)가 수직방향으로 긴 투영 화상(10)을 윈도우 쉴드(90)에 투영할 수도 있다. 이 경우, 원통형 오목 렌즈(50)의 x축 방향을 차량의 수직 방향인 Y축 방향을 따라서 배열하는 것이 바람직하다. 원통형 오목 렌즈(50)는 z축이 광축(OA)에 경사지도록 배열되도록 x축 주위로 회전될 수 있다. In this embodiment, the horizontally projected image 10 is projected onto the window shield 90. Alternatively, the head-up display apparatus 100 may project the projection image 10 that is long in the vertical direction to the window shield 90. In this case, it is preferable to arrange the x-axis direction of the cylindrical concave lens 50 along the Y-axis direction, which is the vertical direction of the vehicle. The cylindrical concave lens 50 may be rotated around the x axis such that the z axis is arranged to be inclined to the optical axis OA.

상기 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 윈도우 쉴드(90)에 투영한다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 계기판(91)의 상부에 배치되는 혼합기와 같은 반투명 판에 투영 화상(10)을 투영할 수도 있다. 이 경우, 오목 거울(40)의 반사면(41)의 곡률은 차량 형태에 따라 조절되지 않을 수도 있다. In the above embodiment, the head-up display apparatus 100 projects the projected image 10 onto the window shield 90. Alternatively, the head-up display apparatus 100 may project the projected image 10 onto a translucent plate such as a mixer disposed on the upper portion of the instrument panel 91. In this case, the curvature of the reflective surface 41 of the concave mirror 40 may not be adjusted depending on the vehicle shape.

본 실시예에서, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 차량의 윈도우 쉴드(90)에 투영한다. 이와 달리, 헤드업 디스플레이 장치(100)는 투영 화상(10)을 차량의 사용자 전방에 투영할 수도 있다. In the present embodiment, the head-up display apparatus 100 projects the projected image 10 onto the window shield 90 of the vehicle. Alternatively, the head-up display apparatus 100 may project the projection image 10 in front of the user of the vehicle.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 바람직한 실시예 및 구조로 한정되지 않는 것을 알아야 한다. 본 발명은 다양한 수정예 및 등가 구조를 커버하도록 의도된다. 또한, 다양한 조합과 구성이 바람직하지만, 보다 많거나 보다 적은 요소를 구비하거나 단일 요소 만을 구비하는 다른 조합 및 구성도 본 발명의 취지 및 범위에 포함된다.
While the invention has been described with reference to preferred embodiments, it should be understood that the invention is not limited to the preferred embodiments and structures. The present invention is intended to cover various modifications and equivalent structures. In addition, although various combinations and configurations are preferred, other combinations and configurations having more or fewer elements or having only a single element are also included within the spirit and scope of the present invention.

Claims (9)

표시 화면(90)에 화상을 투영하기 위한 헤드업 디스플레이 장치이며,
원화상을 생성하기 위한 액정 표시 소자(30)와,
상기 액정 표시 소자(30)의 후방으로부터 액정 표시 소자(30)를 향해 광을 방사하기 위한 광원(20)과,
상기 액정 표시 소자(30)를 통과하는 원화상의 광 화상을 반사하고 상기 광 화상을 표시 화면(90)에 투영 화상으로서 투영하기 위한 반사 거울(40)과,
오목면(51)을 갖고, 액정 표시 소자(30)와 반사 거울(40) 사이에 배치되는 원통형 오목 렌즈(50)를 포함하며,
상기 오목면(51)은 반사 거울(40)과 대면하고,
상기 원통형 오목 렌즈(50)에는 3차원 좌표가 형성되며,
상기 오목면(51)은 3차원 좌표의 x축을 따르는 곡선 형상을 갖고,
상기 오목면(51)은 3차원 좌표의 y축을 따라 연장되며,
상기 오목면(51)은 오목면(51)의 z축이 광축으로부터 경사지도록 x축 주위로 회전되게 구성되고,
상기 광축은 광원(20)으로부터 반사 거울(40)로 향하도록 규정되는, 헤드업 디스플레이 장치. A head-up display device for projecting an image on the display screen 90,
A liquid crystal display element 30 for generating an original image,
A light source 20 for emitting light from the rear of the liquid crystal display element 30 toward the liquid crystal display element 30;
A reflection mirror 40 for reflecting an optical image of the original image passing through the liquid crystal display element 30 and projecting the optical image as a projection image on the display screen 90;
A cylindrical concave lens 50 having a concave surface 51 and disposed between the liquid crystal display element 30 and the reflective mirror 40,
The concave surface 51 faces the reflective mirror 40,
Three-dimensional coordinates are formed in the cylindrical concave lens 50,
The concave surface 51 has a curved shape along the x-axis of the three-dimensional coordinates,
The concave surface 51 extends along the y axis of three-dimensional coordinates,
The concave surface 51 is configured to rotate around the x axis such that the z axis of the concave surface 51 is inclined from the optical axis,
Wherein the optical axis is defined to point from the light source (20) to the reflecting mirror (40). 제1항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 원화상에 대한 투영 화상의 복수의 배율 중 하나를 설정하고,
상기 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)은 복수의 배율 중 하나에 대응하는 곡률 반경을 갖고,
x축에서의 시야각은, 광축에 대해 x축으로 각도를 이루어 방사되고, 광축을 따라서 방사된 직선 광에 대해 미리 결정된 강도비를 갖는 광의 각도 범위로서 규정되며,
y축에서의 시야각은, 광축에 대해 y축으로 각도를 이루어 방사되고, 광축을 따라서 방사된 직선 광에 대해 미리 결정된 강도비를 갖는 광의 각도 범위로서 규정되며,
상기 x축에서의 시야각은 복수의 배율 중 하나가 최소 배율인 경우에 x축에서 필요한 시야각이도록 결정되고,
상기 y축에서의 시야각은 복수의 배율 중 하나가 최대 배율인 경우에 y축에서 필요한 시야각이도록 결정되는, 헤드업 디스플레이 장치. The apparatus of claim 1, wherein the head-up display device sets one of a plurality of magnifications of the projection image to the original image,
The concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50 has a radius of curvature corresponding to one of a plurality of magnifications,
The viewing angle on the x-axis is defined as the angular range of light that is radiated at an angle to the x-axis with respect to the optical axis, and has a predetermined intensity ratio with respect to the linear light emitted along the optical axis,
The viewing angle at the y-axis is defined as the angular range of light that is radiated at an angle to the y-axis with respect to the optical axis, and has a predetermined intensity ratio with respect to the linear light emitted along the optical axis,
The viewing angle at the x-axis is determined to be the required viewing angle at the x-axis when one of the plurality of magnifications is the minimum magnification,
And the viewing angle at the y axis is determined to be the required viewing angle at the y axis when one of the plurality of magnifications is the maximum magnification. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되며,
상기 표시 화면(90)은 차량의 만곡된 윈도우 쉴드이고,
상기 반사 거울(40)은, 윈도우 쉴드 및 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51)의 곡률에 기인하는 투영 화상의 왜곡을 교정하기 위해 결정되는 형상을 갖는 반사면을 갖는, 헤드업 디스플레이 장치. According to claim 1 or claim 2, wherein the head-up display device is mounted on a vehicle,
The display screen 90 is a curved window shield of the vehicle,
The reflecting mirror 40 has a window shield and a reflecting surface having a shape that is determined to correct distortion of the projected image due to the curvature of the concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50. . 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되며,
상기 투영 화상은 차량의 수평 방향으로 길이를 갖고 차량의 수직 방향으로 높이를 갖고,
상기 투영 화상의 길이는 투영 화상의 높이보다 크고,
상기 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 차량의 수평 방향과 평행한, 헤드업 디스플레이 장치. According to claim 1 or claim 2, wherein the head-up display device is mounted on a vehicle,
The projection image has a length in the horizontal direction of the vehicle and has a height in the vertical direction of the vehicle,
The length of the projection image is greater than the height of the projection image,
The x-axis of the cylindrical concave lens (50) is parallel to the horizontal direction of the vehicle, the head-up display device. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)의 표시면(31)과 접촉하는 입사면(53)을 갖고,
상기 액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)로 진입하며,
상기 입사면(53)은 x-y 평면에서 확장되는, 헤드업 디스플레이 장치. The cylindrical concave lens 50 according to claim 1 or 2, wherein the cylindrical concave lens 50 has an incident surface 53 in contact with the display surface 31 of the liquid crystal display element 30.
The optical image of the original image passing through the liquid crystal display element 30 enters the cylindrical concave lens 50 through the incident surface 53,
The incident surface (53) extends in the xy plane, the head-up display device. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 헤드업 디스플레이 장치는 차량에 장착되고,
상기 표시 화면(90)은 차량의 윈도우 쉴드이며,
상기 원통형 오목 렌즈(50)의 x축은 차량의 측방향에 평행하고,
상기 원통형 오목 렌즈(50)의 y축은 차량의 수직 방향으로부터 경사지며,
상기 원통형 오목 렌즈(50)의 z축은 차량의 종방향으로부터 경사지는, 헤드업 디스플레이 장치. According to claim 1 or 2, wherein the head-up display device is mounted on a vehicle,
The display screen 90 is a window shield of the vehicle,
The x axis of the cylindrical concave lens 50 is parallel to the lateral direction of the vehicle,
The y axis of the cylindrical concave lens 50 is inclined from the vertical direction of the vehicle,
The z-axis of the cylindrical concave lens (50) is inclined from the longitudinal direction of the vehicle, the head-up display device. 제6항에 있어서, x축 주위로의 오목면(51)의 회전 각도는 10도 내지 20도의 범위에 있는, 헤드업 디스플레이 장치. 7. The head-up display device according to claim 6, wherein the angle of rotation of the concave surface (51) about the x axis is in the range of 10 degrees to 20 degrees. 제7항에 있어서, y축을 따른 오목면(51)은 만곡되지 않고,
반사 거울(40)은, 원통형 오목 렌즈(50)의 오목면(51) 및 윈도우 쉴드의 곡률에 기인하는 투영 화상의 왜곡을 교정하기 위해 결정된 형상의 반사면을 갖고,
상기 반사 거울(40)은 오목 거울인, 헤드업 디스플레이 장치. 8. The recessed surface 51 according to claim 7, wherein the concave surface 51 along the y axis is not curved,
The reflecting mirror 40 has a reflecting surface of a shape determined to correct distortion of the projected image due to the concave surface 51 of the cylindrical concave lens 50 and the curvature of the window shield,
The reflective mirror (40) is a concave mirror, head-up display device. 제8항에 있어서, 상기 원통형 오목 렌즈(50)는 액정 표시 소자(30)의 표시면과 접촉하는 입사면(53)을 갖고,
액정 표시 소자(30)를 통과한 원화상의 광 화상은 입사면(53)을 거쳐서 원통형 오목 렌즈(50)로 진입하고,
상기 입사면(53)은 x-y 평면에서 확장되는 평탄면인, 헤드업 디스플레이 장치.
The cylindrical concave lens 50 has an incident surface 53 in contact with the display surface of the liquid crystal display element 30.
The optical image of the original image passing through the liquid crystal display element 30 enters the cylindrical concave lens 50 through the incident surface 53,
The incident surface (53) is a head-up display device, which is a flat surface extending in the xy plane.
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